Un instrument permet aux rovers martiens de dater des échantillons de roche in situ
Mars est un lieu prometteur pour percer le mystère de l’existence de la vie ailleurs dans l’univers. Des éléments indiquent en effet que la planète était autrefois couverte d’eau, avec une atmosphère plus épaisse et un climat plus chaud, et qu’elle a donc pu être habitable. Pour les planétologues, les volcans, les cratères d’impact de météorites, les signes d’effets atmosphériques ou photochimiques et les processus géophysiques portent tous des traces de l’histoire géologique et climatique de Mars. Les échantillons de roches collectés à la surface de la planète pourraient donc fournir des détails sur sa formation et son évolution, et expliquer pourquoi elle a moins d’atmosphère que la Terre. Par ailleurs, l’eau martienne est susceptible d’apporter des indices sur la manière dont la vie a pu évoluer. «La compréhension des processus géophysiques, géologiques et atmosphériques martiens révélera probablement aussi des détails sur l’évolution et l’histoire de la Terre, ainsi que sur celles des autres planètes du système solaire», explique Roberto Filippone, coordinateur du projet IN TIME, financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie. Toutefois, actuellement, une fois collectés, les échantillons de roches martiennes doivent être renvoyés sur Terre pour être analysés en détail, ce qui augmente les délais et les coûts. C’est ce qui a incité l’équipe d’IN TIME à concevoir un instrument qui utilise la luminescence pour dater les échantillons in situ, une solution démontrée par un prototype portable, lui-même baptisé «IN TIME». «Une fois intégré à un rover, en plus de recueillir de nouvelles données martiennes, notre instrument est susceptible d’aider à sélectionner les échantillons les plus prometteurs qui seront analysés sur Terre», explique Roberto Filippone de ALMA Sistemi, hôte du projet.
Un instrument miniaturisé de datation par luminescence
La datation par luminescence exploite le fait que les échantillons martiens enfouis, qui n’ont donc pas été exposés au rayonnement solaire, sont affectés par des isotopes radioactifs qui se désintègrent avec le temps et sont absorbés par les échantillons eux-mêmes, créant ainsi des charges emprisonnées. Ces charges émettent un signal luminescent lorsqu’elles sont stimulées par la lumière, dont l’intensité indique l’âge de l’échantillon. Le projet a utilisé un protocole connu sous le nom de protocole de régénération aliquote unique (SAR pour «single-aliquot regenerative-dose»), qui trace la luminescence sur une courbe dite de dose-réponse, afin de simuler le passage du temps et d’obtenir une estimation plus précise de l’âge. L’instrument prototype du projet comprenait trois éléments clés nécessaires à la réalisation du protocole SAR: l’unité d’irradiation (qui administre une dose connue), le système de stimulation lumineuse (pour la luminescence optique et infrarouge stimulée) et le photomultiplicateur (qui acquiert le signal de luminescence), tous contrôlés par un logiciel développé dans le cadre du projet. Le prototype a été testé sur Terre où il a été utilisé pour analyser, pour la première fois, des dépôts dérivés de basalte (roches sédimentaires similaires à celles de Mars) au sein du laboratoire ALMA, sous la supervision de chercheurs de l’université de Sassari, qui ont validé les résultats. «Nous avons franchi avec succès toutes les étapes du protocole SAR, démontrant qu’il est possible de dater des gisements dérivés de basalte en utilisant la luminescence», note Roberto Filippone.
De multiples applications en perspective
L’instrument a également été testé avec succès à Lanzarote pour définir la chronologie des dépôts sédimentaires et des événements climatiques associés, au cours des phases glaciaires-interglaciaires des 130 000 dernières années dans la plaine d’El Jable. En outre, l’équipe a caractérisé les sites martiens où des échantillons prometteurs sont susceptibles d’être trouvés, et a démontré que l’instrument IN TIME peut fonctionner à faible puissance, sur des échantillons très anciens et bruts (non traités chimiquement), ce qui renforce sa pertinence pour les travaux martiens. Cela pourrait contribuer de manière significative aux travaux menés par l’Agence spatiale européenne en vue de préparer l’envoi d’Européens sur Mars d’ici 2040. «Nous travaillons actuellement à la fabrication d’un outil compétitif autonome et performant. Ce système pourrait être utilisé non seulement sur Mars, mais aussi sur Terre. Il serait en mesure de dater les dépôts/sédiments géologiques jusqu’à 1 million d’années et de compléter la datation archéologique au radiocarbone, qui est limitée à 50 000 ans et nécessite un contenu organique», conclut Roberto Filippone.
Mots‑clés
IN TIME, Mars, rover, basalte, échantillons, luminescence, roches sédimentaires
